新型能源水溶性膳食纤维抗氧化活性研究及其市场前景分析

文/刘亚赛 高艺多，北京星网宇达科技股份有限公司 北京诚和敬驿站养老服务有限公司

膳食纤维（Dietary Fiber,DF）最先由Trowell等人于1972年提出，指不能被人体消化吸收的多糖类化合物和木质素，包括纤维素、半纤维素、果胶、木质素、胶质、黏质等，是继六大营养素之后的“第七大营养素”。依据其溶解性将膳食纤维分为水溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）两大类。目前，膳食纤维的研究主要集中在制备、临床、清除自由基团等方面，但对于其在抗氧化方面的研究还不多见。SDF能在水中溶解膨胀并被大肠中微生物酵解，形成溶胶或凝胶状，具有很强的离子吸附性（能吸附胆酸、胆固醇及有害物质）并可以清除自由基，此外，还具有益生元的作用，能降血糖、血脂。一些常见的食物如豆类、大麦、柑橘、胡萝卜、燕麦等食物中富含SDF。日本、欧美等发达国家已开发出富含膳食纤维的功能性食品，其中SDF可以添加至烘烤食品、乳制品等食品中。

玉米、花生等农作物在我国种植面积大、分布广泛、产量可观，但玉米芯、花生壳等农副产品，由于生活习惯和处理技术限制等原因，除少数用于沤肥、牲畜饲料外，绝大多数都被当做废弃物而直接烧掉，不仅破坏环境还极大的浪费了资源。近年来，由于科技的进步和科研工作者的重视，农副产品的价值逐渐被发现。其中，玉米芯主要含纤维素和木质素，并还含有粗蛋白、氨基酸、维生素以及铁、钾等矿质元素。以农副产品为原料提取SDF，具有以下优点：1）原料来源广、价格低，2）增加农民收入，提高务农积极性，3）有利于节约资源，保护环境，4）政策优惠。

1 基于水溶性膳食纤维提取技术的研究进展及市场分析

1.1 浸提法

如何高效提取SDF一直以来是科研工作者的研究热点。王若兰等以花生壳为原料，应用碱浸提法提取花生壳中的SDF。发现最佳提取条件为：提取温度为60℃、1:14的料液比、NaOH质量浓度0.05 g/mL、提取时间4 h，并超声辅助提取。于丽娜等发现3次酸浸提的效果最佳。

1.2 微波/超声波提取法

微波/超声波提取法是一种新型的提取技术，同时也可辅助其他提取方法并用。温志英等将花生壳破碎后，应用微波功率进行提取，发现微波功率在320 W时提取效果最佳，但要注意微波提取时间。张晓龙等采用碱解法并辅以超声波提取玉米芯中SDF，确定最佳提取工艺条件为：碱浓度0.88%，提取温度41℃，提取时间20.3 min。

1.3 酶提取法

植物细胞壁主要成分为纤维素和果胶，起支持和保护的作用。选用合适的酶，溶解细胞壁，可以提高提取效率。吴丽萍等用双酶（纤维素酶、蛋白酶）降解法提取花生壳膳食纤维，确定了最佳提取工艺。滕超等经实验也确定了双酶（纤维素酶、木聚糖酶）法提取玉米芯中SDF的最佳工艺。

1.4 微生物发酵

微生物发酵即是指利用微生物，在适宜的条件下，将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。Margareta E等研究表明以豆渣为原料，利用乳酸菌发酵，在酸性环境下糖苷键断裂，产生新的还原末端，使IDF转化为SDF。而霉菌则是通过分泌相关的酶，断裂IDF的糖苷键，使小分子多糖转化成SDF。

以上几种方法各有优缺点，浸提法的优点在于操作简单，对设备要求低，缺点在于提取效率偏低，纯度不高；微波/超声波法则要注意控制微波/超声波的功率及时间，温度太高容易破坏SDF结构。超滤技术由于膜系统的分离作用，得到的浓缩液中SDF含量较高，纯度较好，但对设备有一定要求。酶解法利用纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶等水解破坏细胞壁，从而更好的释放和提取膳食纤维，但酶的价格较高，活性受外界条件影响较大。微生物发酵法的关键在于筛选高效菌株，探索合适的发酵条件，适合于大规模应用，以农副产品为原料的大规模发酵产业具有广阔的市场空间。

2 SDF抗氧化活性研究进展及其市场应用分析

膳食纤维对人体的健康与否具有重大影响。研究表明，膳食纤维在降低血清胆固醇，改善肠道健康，预防高血压，动脉硬化以及清除外源有害物质等一系列生理作用和保健功能方面具有积极作用。其中IDF 具有预防肥胖、结肠癌、高血压、心脏病和动脉硬化等生理功能,在保健品、肉制品、面制品等产业中应用广泛，而SDF具有降血糖、降血脂、降血压、清除体内自由基、抗氧化、防衰老、抗癌防癌、增强机体免疫力等功能。一般来说，抗氧化性可从以下几个角度体现：总还原能力、清除自由基能力、清除羟自由基能力、超氧阴离子清除能力、亚硝基清除能力。自由基的种类众多，具有两面性，低浓度的自由基参与体内能量传递，也有助于灭菌和杀死寄生虫，还能参与毒素的排出过程；高浓度的自由基则使细胞受损，破坏细胞功能，加速细胞衰老。随着化学制剂的大量使用、汽车尾气和工业废气的大量排放、自然环境的恶化、人类活动范围扩大等多因素的影响下，环境自由基含量也急剧增加，早就超过了人类正常承受水平，人类健康受到日益严峻的挑战。因此，从这个角度来说抗氧化研究势在必行。

温志英等研究表明，从花生壳提取的SDF随着浓度的增加，其还原能力也逐渐增强；同时，抗氧化性实验结果表明SDF具有清除DPPH自由基和羟自由基的能力，此外还发现花生壳SDF清除羟自由基能力较强（清除率95%以上）。石秀梅等通过比较三种不同来源SDF的抗氧化活性发现，它们均有良好的抑制亚油酸氧化能力，并且对于自由基的清除率也较强。周小理等通过改进提取方法，提高了膳食纤维的抗氧化活性。

以农副产品为原料的多项研究显示，玉米芯、豆渣、玉米须、玉米皮、米糠中也富含多酚、黄酮类物质，它们具有抗癌、抗氧化、抗炎等生理作用。徐彩虹等探讨了玉米皮多酚的提取方法，确定了在超声时间6.5 min、酶解温度55℃、木聚糖酶添加量2.1%的条件下，提取量最佳。通过组合不同检测方法对提取物的其抗氧化能力测定发现，玉米皮多酚类化合物（Phenolic of maize bran,MTP）对体外抗氧化能力评价指标DPPH和ABTS+具有较强的清除能力。周小理等应用双酶法提取苦荞麸皮中多酚、黄酮类物质，抗氧化实验结果表明提取产物对DPPH自由基、羟自由基的清除能力以及总还原能力等均有不同程度提高。许钢等提取玉米须、玉米叶、玉米芯、玉米粒中的黄酮类物质并对其抗氧化性进行了比较，结果表明黄酮类物质在玉米须中的含量最高。与TBHQ、Vc、茶多酚比较发现，三种提取物均表现出良好的抗氧化性能，复配实验表明茶多酚具有良好的正协同效应。

3 膳食纤维的生化功能及其市场应用分析

3.1 膳食纤维的理化性质及功能

膳食纤维的结构决定了其理化性质，总体来说包括以下几个方面：持水力、膨胀力、溶解性，吸附及鳌和能力，阳离子结合和交换能力以及改善肠道微生物群能力。膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，能够吸收较多的水分，吸水后重量变化约为自身体重1.2～2.5倍。膳食纤维能够促进排便，减轻直肠和泌尿系统压力，进而减少患膀胱炎、肾结石、直肠癌等疾病风险。此外，膳食纤维吸水后体积增大，对肠道产生容积作用，产生饱腹感；同时还会影响碳水化合物的吸收，使人不易产生饥饿感，故而有利于预防肥胖症。

膳食纤维化学结构的侧链中含有羧基和羟基类基团，表现出弱酸性阳离子交换树脂的特性，因此能与阳离子或有机物中的阳离子进行交换。它通过减少离子瞬间浓度的方式，对消化道pH、渗透压以及氧化还原电位产生影响，有利于体内某些矿质元素代谢。膳食纤维的表面带有很多活性基团，能够吸收胆汁酸、胆固醇等有机物，从而抑制人体对它们的吸收。此外，SDF还能吸附一些有毒物质、化学药品等，促进它们排出体外，维护人体健康。

人的消化管道与外界环境相通，是病毒、细菌等微生物入侵的途径之一。人体肠道内微生物众多，它们不但在营养物质的消化吸收中发挥重大作用，而且也维护着人体正常人体免疫功能。肠道内膳食纤维的增多有利于好气菌的生长而抑制厌气菌的生长，好气菌产生更少的致癌物，此外，还能促进致癌物排出体外，减少结肠癌发生的概率，这就是膳食纤维能预防结肠癌的重要原因之一。

3.2 膳食纤维的市场应用分析

鉴于膳食纤维具有良好的理化性质，现已广泛应用于食品行业。作为天然添加剂和营养增强剂，它们主要是改变产品的口味和构造。通过向面食、奶制品、肉、烘烤食品等中添加膳食纤维，可以避免胶体脱水收缩和高脂肪食品的固化及乳化。膳食纤维也可作为增厚剂、均质剂、稳定剂和脂肪替代品添加到食品、饮料中。此外，在早点、香肠、膨化食品、冰淇淋、糖果、调味品中亦广泛应用。

4 水溶性膳食纤维抗氧化活性应用及其市场前景分析

随着科技进步和医疗水平的提高，人类的平均寿命也越来越长。据资料显示，目前世界上有50多个国家和地区进入老龄化。欧盟委员会2015年的报告预测，到2060年，全球65岁以上的人口将超过28%。目前，我国人口老龄化问题也越来越严峻，据官方资料显示，到2015年底，全国65岁以上的人口以达1.439亿，占总人口的10.5%。高血压、糖尿病等老年性疾病在老年人中的发病率越发升高，严重影响广大中老年人健康。膳食纤维的缺乏与上述疾病有着密切关系，足够的膳食纤维有助增强中老年人体质。基于我国人口众多这一基本国情，加快开发膳食纤维产品具有紧迫性和必要性。高品质膳食纤维中，SDF含量应不低于10%，SDF比IDF具有更高的营养价值和应用价值。目前，利用农副产品提取SDF的研究越发受到关注，随着研究的深入SDF的地位越发重要，其应用范围也将也来越广。

4.1 水溶性膳食纤维在保健食品中的应用及其市场前景分析

人体内胰岛素分泌不足或者相对不足引起糖尿病，表现为多饮、多尿、多食和消瘦、疲乏无力等症状，严重影响人体健康。摄入SDF能延缓胃排空，减缓食物在肠胃中的吸收速率，有利于维持血糖浓度缓慢升高，而在胰岛素相对不足时，也不至于血糖迅速升高。此外，SDF也广泛应用于调节微生物平衡、润肠通便的保健食品中。摄入的SDF能够促进益生菌如乳酸菌、肠道双歧杆菌等生长，同时，大量产生短链脂肪酸，改变肠道pH，提供利于益生菌生长的肠道环境，进而促进肠道蠕动，顺利排便。

4.2 水溶性膳食纤维在乳制品中的应用及其市场前景分析

2012 年1月12日，卫生部1号文件批准聚葡萄糖（Polydextrose）作为营养强化剂可以添加于婴幼儿配方产品。聚葡萄糖作为一种水溶性膳食纤维，至今已有50多个国家批准作为健康食品配料使用。婴幼儿和老年人肠道消化能力不强且容易缺钙，SDF具有降血脂、降血糖、促进矿质元素吸收等作用。SDF也可以添加至酸奶或其他风味乳制品中，市售的高纤维酸奶中SDF含量可达6%～8%。

4.3 水溶性膳食纤维在饮料中的应用及其市场前景分析

目前，已有多家公司将SDF添加至功能性饮料中，因为它不仅解渴、提供水分，还能提供人体需要的膳食纤维。在日本、西欧、美国等市场上，这类产品深受欢迎，如日本可口可乐公司推出的含SDF矿泉水，欧美市场的高纤维橙汁、茶等，国内市场上有汇源公司的高纤维果汁，脉动公司的系列饮料等。

4.4 水溶性膳食纤维在糖果市场的应用及其市场前景分析

随着人们健康意识观越来越强，糖果也朝着低糖、低脂肪、既美味又营养的方向发展。在一些发达国家，低能量糖果的销量逐年增加，表现出良好的发展势头。SDF中的聚葡糖糖可用于代替现糖果配方中的葡萄糖浆，也可以与其他甜味剂一起使用代替蔗糖。

4.5 水溶性膳食纤维在面制食品中的应用及其市场前景分析

面制食品在世界各地都具有非常重要的市场地位，欧美等国家的主食基本都离不开面包，同样，国内的面包销售也异常火爆。研究表明，面包中添加膳食纤维可以改善口味、提高色泽。添加至面粉中则能使馒头口感更佳，味道更香。此外，还可以添加至面条中来提高劲道，耐煮耐泡，一般适宜的添加量为面粉的3%～6%。

4.6 水溶性膳食纤维在肉制品中的应用及其市场前景分析

SDF溶水后在疏水作用下能与肉制品中的蛋白形成热稳定性凝胶，有助于吸附香味，防止香味挥发，提高品质。另外，膳食纤维也是一种优良的脂肪替代品，可用于生产高蛋白、高膳食纤维、低糖、低热量的火腿肠等产品。

4.7 水溶性膳食纤维在其他市场的应用及其市场前景分析

SDF具有良好的吸水性和保水性，可以增加产品的浓稠度，因此，可用于调味品市场，添加后产品更为均一，外观更佳。另外，也有用于速冻食品的馅料中，增加制品的保水性、成团性。总之，SDF的优良属性，可以确保其在激烈的市场竞争中占的一席之地，更好的造福于人类。

5 总结与展望

在日美等发达国家，SDF的研究起步较早，作为良好的食品添加剂，已广泛应用于保健食品、乳制品、功能饮料、糖果业、烘焙食品、沙拉酱等食品中。目前，国内业已推出了含SDF的胶囊、冲剂和片剂之类的产品，表现出良好的社会效益，取得了一定的市场份额。随着研究的深入，SDF在预防糖尿病、结肠和直肠癌、肥胖症、冠心病、降低胆固醇等方面的作用将越发被人认识，因此，现阶段开展膳食纤维的研究对改善人们体质、提高健康水平具有深远的现实意义，也符合大健康产业的要求。以农副产品提取膳食纤维，来源广泛、价格低廉，社会效益高、具有可行性。因其特殊的化学性质，SDF必将在医学、营养学、生物学等方面发挥不可替代的作用。